[发明专利]一种气泡羽流湍流闭合的方法

权利要求书

1.一种气泡羽流湍流闭合的方法，其特征是，包括：

a、基于气液两相的双向力耦合，从气泡羽流的控制方程推导出湍动能输运方程中与气泡相关的源项，并模型化；

b、构建自由界面湍流模型，并推导出自由界面对湍流影响的源项；

c、基于标准的k-epsilon湍流方程、湍流输运方程中与气泡相关的源项和自由界面对湍流影响的源项，构建新的湍流模型；

d、采用欧拉-拉格朗日-自由界面追踪的CFD模型模拟气泡羽流，结合物理实验，验证新的湍流模型；

所述步骤a包括：从气泡羽流的质量和动量守恒方程出发，推导获得湍动能输运方程中与气泡相关的源项，并模型化湍流耗散率方程中对应的源项；

依据牛顿第三定律，动量方程中气泡对单位体积液相的拖曳力通过统计气泡所受到的拖曳力获得：

式中，为气泡作用在单位体积液相f上的拖曳力，V_cell为液相单元的体积，F_D,m为第m个气泡所受到的拖曳力，N为液相单元内的气泡的个数，F_D为单个气泡受到的拖曳力，α_b为液相单元内气泡的体积占比，V_b为单个气泡的体积，d_b为气泡的直径，C_D为拖曳系数，ρ_f为液相的密度，为液相的平均速度，为液相单元内气泡的平均速度。

2.根据权利要求1所述的气泡羽流湍流闭合的方法，其特征是：通过对质量和动量守恒方程的推导，得到拖曳力在湍动能输运方程中的源项

式中，为气液相间的平均滑移速度。

3.根据权利要求1所述的气泡羽流湍流闭合的方法，其特征是：所对应的湍流耗散率方程中的源项通过特征时间τ_wake以及系数获得，其中特征时间由气泡引起湍流的特征长度l_wake除以气泡引起的湍流均方根速度得到；

l_wake＝κd_b (3)

式中，κ为von Karman系数，k_wake为气泡引起的湍动能，0δ1为气泡引起湍流的强度。

4.根据权利要求1所述的气泡羽流湍流闭合的方法，其特征是，所述步骤b包括：依据Naot和Rodi界面湍流模型，改进标准的k-epsilon湍流模型以适用于自由界面。

5.根据权利要求4所述的气泡羽流湍流闭合的方法，其特征是：自由界面的湍流特征长度l₀通过液相单元到自由界面的物理距离l_s获得；通过l₀与湍流耗散率ε之间的关系，可以得到修正的耗散率ε_new；自由界面对湍流的影响通过湍流耗散率方程中的源项S_damping来实现；

l₀＝κl_s (7-1)

式中，υ_tur为湍流运动粘度，C_μ为模型经验常数，取值为0.9，k为湍动能，C_damping为模型系数。